任雨佳，陳 郁

(上海工程技術(shù)大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，上海 201620)

人臺(tái)作為服裝生產(chǎn)過程中的重要載體，在服裝的設(shè)計(jì)、制作及合體性檢驗(yàn)中都起到了極為關(guān)鍵的作用[1]。大部分服裝均是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)人體號(hào)型設(shè)計(jì)制作的，然而不良的生活習(xí)慣會(huì)導(dǎo)致人體骨骼發(fā)生變化進(jìn)而形成特殊體型，體型變化增加了服裝板型的修正難度，使該類人群無法購(gòu)買到合體服裝。目前，對(duì)于特殊體型人臺(tái)的研究主要通過標(biāo)準(zhǔn)人臺(tái)補(bǔ)正實(shí)現(xiàn)，在人臺(tái)的特定部位上利用壓實(shí)的修正棉和彈力布[2]墊高人臺(tái)表面模擬挺胸體[3]、凸肚體、駝背體[4]的體表形態(tài)。Lim等[5]通過三維掃描技術(shù)和3D打印技術(shù)在標(biāo)準(zhǔn)人臺(tái)上的胸、腰、臀等部位添加墊料來構(gòu)建不同體型人臺(tái)，實(shí)現(xiàn)人臺(tái)輪廓的個(gè)性化。但增加襯墊的方法操作復(fù)雜，3D打印墊料所需時(shí)間較長(zhǎng)，且不能完全模擬人體曲線，特別是曲線凹下的部分，因此有必要研發(fā)一種能夠準(zhǔn)確模擬人體體型的人臺(tái)，使其成為一個(gè)更為靈活的服裝工作平臺(tái)。

近年來出現(xiàn)的可調(diào)節(jié)人臺(tái)由于具有節(jié)約資源和空間的優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用，東華大學(xué)[6]發(fā)明了軀干內(nèi)設(shè)7個(gè)截面的可調(diào)人臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)圍度的獨(dú)立調(diào)節(jié)。張一帆等[7]設(shè)計(jì)了一種由單片機(jī)控制的試衣機(jī)器人，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為由驅(qū)動(dòng)器和直線導(dǎo)軌滑臺(tái)組成的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)滑臺(tái)系統(tǒng)，能夠根據(jù)客戶的肩寬、胸圍、腰圍數(shù)據(jù)自動(dòng)變形。郭增榮等[8]設(shè)計(jì)了一種基于遠(yuǎn)程試衣技術(shù)的雙層面板式試衣機(jī)器人，創(chuàng)新地使用了雙層面板機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了人體圍度以及高度的變化。大多數(shù)可調(diào)節(jié)人臺(tái)通過對(duì)高度、圍度等尺寸的調(diào)節(jié)可以替代多種號(hào)型的傳統(tǒng)人臺(tái)，同時(shí)可調(diào)節(jié)人臺(tái)在各部位的角度調(diào)節(jié)方面也獲得了一定的研究成果。翁佳偉[9]設(shè)計(jì)了“骨骼—肌肉—皮膚”多層試衣機(jī)器人，該機(jī)器人可以通過調(diào)整肩峰點(diǎn)相對(duì)于頸側(cè)點(diǎn)的位置模擬含肩動(dòng)作。Li等[10]提出了一種由柔帶和彈性桿為主體的機(jī)器人模型，根據(jù)人體形狀設(shè)計(jì)彈性桿和線性致動(dòng)器的推動(dòng)量，使柔帶可以有效地模仿人體輪廓的凹凸情況。

本文采用三維掃描技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)設(shè)計(jì)并制作出一種體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)。以180/96A的標(biāo)準(zhǔn)男體人臺(tái)為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，對(duì)外部面板、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行探究，通過肩部、胸部、背部的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)駝背體與挺胸體的仿真模擬，以達(dá)到根據(jù)特殊體型設(shè)計(jì)更為適合的服裝的目的，解決特殊人群對(duì)服裝合體性的訴求，滿足服裝制造商對(duì)人臺(tái)多樣化的需求。

1 外部面板設(shè)計(jì)

活動(dòng)面板的外形與體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)的仿真程度息息相關(guān)。為了獲得體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)的基礎(chǔ)模型，首先使用三維掃描儀獲取180/96A標(biāo)準(zhǔn)男體人臺(tái)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后利用Geomagic Studio軟件建立初始人臺(tái)模型，最后對(duì)標(biāo)準(zhǔn)人臺(tái)模型的活動(dòng)區(qū)域進(jìn)行劃分，以及對(duì)活動(dòng)面板的形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.1 模型構(gòu)建

選擇180/96A標(biāo)準(zhǔn)男體人臺(tái)作為初始模型，面板分割以及機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)均以此號(hào)型的人臺(tái)為數(shù)據(jù)參考。使用Einscan Pro 2X多功能手持式3D掃描儀對(duì)標(biāo)準(zhǔn)男體人臺(tái)進(jìn)行掃描，使用Geomagic Studio軟件將掃描所得點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、平滑等處理后得到封閉光滑的多邊形封裝人臺(tái)模型，如圖1所示。將封裝模型與原始模型進(jìn)行點(diǎn)云偏差計(jì)算，由圖2可知，模型整體呈現(xiàn)綠色，點(diǎn)云與模型之間的最大距離是0.216 6mm/-0.932 7mm，平均距離是-0.000 3mm，標(biāo)準(zhǔn)偏差是0.014 1mm，說明模型曲面與原始點(diǎn)云偏差較小，很好地實(shí)現(xiàn)了人臺(tái)模型的曲面重建。

圖1 封裝模型Fig.1 Encapsulation model

圖2 模型偏差Fig.2 Model deviation

1.2 面板設(shè)計(jì)

駝背體與挺胸體的主要變化部位為肩部、胸部以及背部，因此可以使用Geomagic Studio軟件將人臺(tái)分割為頸部、左肩部、右肩部、胸部、背部、腰腹部6部分?？紤]到人臺(tái)內(nèi)部空間較小，面板個(gè)數(shù)的增加就意味著機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜度增加。本文旨在使用較少的零件完成運(yùn)動(dòng)仿真，因此人臺(tái)面板共有6塊區(qū)域，沒有對(duì)各個(gè)部位的面板進(jìn)行細(xì)分。以頸根圍線為分割線可以確定頸部面板所在區(qū)域，以下胸圍線為分割線可以確定腰腹部面板所在區(qū)域，參考胸高點(diǎn)、背凸點(diǎn)以及肩峰點(diǎn)所在的位置經(jīng)過前頸點(diǎn)、后頸點(diǎn)繪制左右肩部分割線，以人臺(tái)側(cè)中線作為胸部和背部的分割線。

使用Geomagic Studio軟件中的曲線繪制工具繪制模型面板形狀，面板形狀設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮各面板對(duì)服裝的支撐作用以及其活動(dòng)空間，需要在盡量保持面板完整的情況下合理設(shè)置面板空隙量，防止活動(dòng)過程中面板間的互相阻擋。經(jīng)過多次調(diào)整后，頸部面板與肩部面板的距離調(diào)整為20mm；肩部面板與胸部面板、背部面板之間的空隙分別為35mm；胸部面板與腰腹部面板之間的空隙量設(shè)置為20mm；胸部面板與背部面板之間的空隙為90mm。面板設(shè)計(jì)效果如圖3所示。

圖3 面板形狀設(shè)計(jì)圖Fig.3 Shape design of face plate design.(a)Front;(b)Side;(c)Back;(d)Total

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械部分是支撐體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵，包括框架結(jié)構(gòu)、部件連接、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分。機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮人臺(tái)內(nèi)部尺寸、各部位的活動(dòng)情況等因素，以達(dá)到對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的小型、輕量、節(jié)能高效、高可靠性的要求。

2.1 人臺(tái)內(nèi)部空間限制

機(jī)械結(jié)構(gòu)位于胸腔處，機(jī)械結(jié)構(gòu)的安裝平臺(tái)設(shè)為4層。負(fù)責(zé)肩部運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和頸部支柱安裝于第1層平臺(tái)，負(fù)責(zé)胸背部面板的執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝于第2層平臺(tái)，第3層平臺(tái)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)裝置的安裝，第4層平臺(tái)位于與腰腹部面板上端平齊的位置，負(fù)責(zé)安裝腰腹部支柱。4層平臺(tái)之間均有間隔，其分布情況如圖4所示。

綜上所述，在腫瘤發(fā)展的過程中，表皮生長(zhǎng)因子具有十分重要的意義，通過大量的研究，表皮生長(zhǎng)因子不會(huì)導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生，更不是腫瘤發(fā)生的啟動(dòng)因素，通過試驗(yàn)，表皮生長(zhǎng)因子和惡性腫瘤沒有明確的關(guān)聯(lián)性，表皮生長(zhǎng)因子在臨床上主要當(dāng)做外用制劑，雖然有不良反應(yīng)發(fā)生，但均能耐受，所以，臨床應(yīng)用具有安全性。

圖4 人臺(tái)分層Fig.4 Mannequin segmentation

人臺(tái)橫截面的形狀接近于矩形，所以主要測(cè)量截面的長(zhǎng)度和寬度即可。經(jīng)測(cè)量，4個(gè)橫截面的寬度由上往下逐漸增大，長(zhǎng)度逐漸減小。安裝平臺(tái)位于胸部正中位置，其長(zhǎng)度應(yīng)小于最小長(zhǎng)度，即314mm，寬度應(yīng)小于最小寬度，即126mm。由于胸部面板、背部面板向內(nèi)的移動(dòng)距離最大值分別為45.1和19.8mm，并且考慮到安裝平臺(tái)上需要足夠的空間放置機(jī)械零件，因此安裝平臺(tái)應(yīng)該設(shè)為長(zhǎng)度310mm、寬度70mm的圓角矩形。

2.2 機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)是在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)人臺(tái)的基礎(chǔ)上增加活動(dòng)裝置，使其能夠從標(biāo)準(zhǔn)體型調(diào)整為特殊體型。為了確保體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)的仿真效果，前期研究中利用X Scan 2017博克三維人體掃描儀對(duì)年齡、體型相近的17名在校男大學(xué)生的標(biāo)準(zhǔn)體態(tài)、駝背體態(tài)、挺胸體態(tài)進(jìn)行掃描，經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)與人體冠狀面垂直的前后運(yùn)動(dòng)為肩部、胸部、背部的主要運(yùn)動(dòng)方向，且3個(gè)部位指標(biāo)的相關(guān)性較小。因此，肩部模塊根據(jù)胸鎖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)原理以前頸點(diǎn)為基準(zhǔn)進(jìn)行前后擺動(dòng)，胸部模塊和背部模塊均為水平前后移動(dòng)，胸部面板、背部面板以及肩部面板的運(yùn)動(dòng)需要分別控制，3個(gè)指標(biāo)的活動(dòng)范圍如表1所示。其中，肩開角的正負(fù)為擺動(dòng)方向，正為前擺，負(fù)為后擺，胸凸量和背凸量的正負(fù)為移動(dòng)方向，正為外凸，負(fù)為內(nèi)收。

表1 關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)表Tab.1 Statistical table of key indicators

利用機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理，結(jié)合人臺(tái)內(nèi)部空間尺寸、各個(gè)部位的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)范圍獲得體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)，如圖5所示。該機(jī)械結(jié)構(gòu)共需要4個(gè)42系列步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，左右肩部模塊、胸部模塊、背部模塊分別由1個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直接控制，擺桿可以使肩部模塊實(shí)現(xiàn)前后擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)，右肩的齒輪嚙合可以使左右肩部的擺動(dòng)方向一致，齒輪和齒條的配合可以實(shí)現(xiàn)胸部模塊和背部模塊前后移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。合理安排各個(gè)活動(dòng)模塊的旋轉(zhuǎn)軸位置，便于各模塊的安裝與控制。

圖5 機(jī)械結(jié)構(gòu)Fig.5 Mechanical structure

如圖6所示，將機(jī)械結(jié)構(gòu)與人臺(tái)面板進(jìn)行模擬安裝，發(fā)現(xiàn)該機(jī)械結(jié)構(gòu)與人臺(tái)面板有很好的適配度，確保機(jī)械結(jié)構(gòu)與面板之間的有效安裝。

圖6 安裝示意圖Fig.6 Installation diagram

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)特殊體型的模擬，需要設(shè)計(jì)體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)的控制系統(tǒng)，使用GX Works2軟件設(shè)計(jì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的控制指令，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)的控制。

3.1 控制程序

體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)的控制系統(tǒng)所需的硬件有計(jì)算機(jī)、42系列步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、DM442驅(qū)動(dòng)器、FX3U-32MT/ES-A三菱PLC控制器、按鈕點(diǎn)動(dòng)開關(guān)、直流電源等?？刂葡到y(tǒng)通過電源提供系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)所需動(dòng)力，保證系統(tǒng)運(yùn)行正常。通過計(jì)算機(jī)將人體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的仿真指令，通過PLC編程電纜將計(jì)算機(jī)中的控制指令輸出到PLC控制器中，驅(qū)動(dòng)器將控制器發(fā)出的電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按照設(shè)定的方向發(fā)生一定角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)變形效果，具體的控制流程如圖7所示。

圖7 控制系統(tǒng)流程圖Fig.7 Control system flow chart

PLC控制器的輸入端需要連接點(diǎn)動(dòng)開關(guān)和直流電源，實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)開始與停止的控制。1個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由1個(gè)驅(qū)動(dòng)器控制，PLC的輸出端需要連接4個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器。由于人體的左肩與右肩的運(yùn)動(dòng)是對(duì)稱的，所以左肩模塊與右肩模塊的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以連接到同一輸出點(diǎn)位上，實(shí)現(xiàn)左右肩部運(yùn)動(dòng)的一致性，背部模塊與胸部模塊則分別連接到不同的輸出點(diǎn)位上。

3.2 控制參數(shù)計(jì)算

系統(tǒng)所需的控制參數(shù)是體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)模擬人體外形輪廓時(shí)需要的定時(shí)器參數(shù)?？刂茀?shù)的計(jì)算過程首先將目標(biāo)人體模型與標(biāo)準(zhǔn)人臺(tái)模型對(duì)齊，然后根據(jù)尺寸之間的幾何關(guān)系計(jì)算體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)的肩部模塊、胸部模塊、背部模塊的活動(dòng)量，最后結(jié)合步進(jìn)電動(dòng)機(jī)參數(shù)計(jì)算達(dá)到模塊活動(dòng)量所需的控制參數(shù)。

胸部和背部的活動(dòng)量可以通過Geomagic Studio軟件進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量胸部曲線處人體與人臺(tái)的最大距離m1作為體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)需要調(diào)整的胸部數(shù)值；測(cè)量背部曲線處人體與人臺(tái)的最大距離m2作為體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)需要調(diào)整的背部數(shù)值。由于肩部擺桿的旋轉(zhuǎn)軸并不在人臺(tái)中心軸上，因此擺桿旋轉(zhuǎn)角度無法直接測(cè)量，人體肩部角度與擺桿旋轉(zhuǎn)角度的換算示意圖如圖8所示。

圖8 擺桿角度與肩開角的幾何關(guān)系Fig.8 Geometrical relationship between pendulum angle and shoulder opening angle

測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)人臺(tái)的前頸點(diǎn)到肩峰點(diǎn)斜線與人臺(tái)冠狀面的角度α1，人體的前頸點(diǎn)到肩峰點(diǎn)斜線與其冠狀面的角度α2，測(cè)量人臺(tái)前頸點(diǎn)到肩峰點(diǎn)的斜線長(zhǎng)l1以及人體前頸點(diǎn)到肩峰點(diǎn)的斜線長(zhǎng)l2，由式(1)可以求得人臺(tái)肩峰點(diǎn)與人體肩峰點(diǎn)的垂直距離l3。利用式(2)，擺桿長(zhǎng)度l0=9.3 cm，可以得到擺桿旋轉(zhuǎn)角度β。

l3=l1×sinα1-l2×sinα2

(1)

(2)

由式(3)～(5)可知，肩部擺桿旋轉(zhuǎn)角度β為肩部電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角度a，由弧長(zhǎng)公式可以計(jì)算胸部電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角度b與背部電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角度c。其中，m1為胸部齒條的水平移動(dòng)距離，mm；m2為背部齒條的水平移動(dòng)距離，mm；r為與齒條嚙合的齒輪半徑15mm。

a=β

(3)

(4)

(5)

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)置為4 000時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角為0.09°，控制器的脈沖頻率為1 000，定時(shí)器為100 ms型，由式(6)～(8)可計(jì)算各模塊的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角度與定時(shí)器參數(shù)之間的計(jì)算公式。其中，t1為肩部電動(dòng)機(jī)所需的定時(shí)器參數(shù)，t2為胸部電動(dòng)機(jī)所需的定時(shí)器參數(shù)，t3為背部電動(dòng)機(jī)所需的定時(shí)器參數(shù)。

(6)

(7)

(8)

4 模型組裝

采用3D打印技術(shù)獲得模型面板及零件，使用PLA材料通過DX-750S 3D打印機(jī)得到外輪廓面板。將活動(dòng)零件與打印的模型面板進(jìn)行組裝，組裝后的體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)如圖9所示。由于體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)各面板之間的空隙量較大，導(dǎo)致內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)裸露而影響人臺(tái)的美觀性，因此選用氨綸含量為39%的黑色彈力面料包覆體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)，在保證美觀的同時(shí)實(shí)現(xiàn)體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)的立裁功能?？紤]到蒙皮的存在會(huì)影響人臺(tái)面板的移動(dòng)，在電動(dòng)機(jī)控制線所在一側(cè)的腰腹部側(cè)縫處設(shè)置拉鏈，方便蒙皮的摘取，蒙皮后的體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)如圖10所示。

圖9 體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)Fig.9 Posture adjustable mannequin.(a)Front;(b)Side;(c)Back

圖10 蒙皮后的體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)Fig.10 Covering posture adjustable mannequin.(a)Front;(b)Right side;(c)Left side;(d)Back

5 驗(yàn)證評(píng)估

為了評(píng)估體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)的性能指標(biāo)和仿真效果，從變形效果、變形范圍及效率和變形精度3方面驗(yàn)證人臺(tái)自身性能，并依據(jù)人體數(shù)據(jù)對(duì)體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)進(jìn)行個(gè)性化調(diào)整，從人臺(tái)與人體的重合度以及各部位截面曲線的變化情況驗(yàn)證體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)的仿真效果。

5.1 人臺(tái)性能

5.1.1 變形效果

通過調(diào)整肩部、胸部、背部面板的控制參數(shù)可以獲得不同程度的駝背狀態(tài)人臺(tái)和挺胸狀態(tài)人臺(tái)，體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)的變化效果如圖11～14所示。由圖可知，體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)確實(shí)可以實(shí)現(xiàn)胸部、背部、肩部的變化，其變化情況與預(yù)期設(shè)想相符。

圖11 駝背狀態(tài)的變形效果Fig.11 Deformation effect of the posture adjustable mannequin in humpback state.(a)Front;(b)Side;(c)Back

圖12 最大駝背狀態(tài)的變形效果Fig.12 Deformation effect of the posture adjustable mannequin in maximum humpback state.(a)Front;(b)Side;(c)Back

圖13 挺胸狀態(tài)的變形效果Fig.13 Deformation effect of the posture adjustable mannequin in straightening chest state.(a)Front;(b)Side;(c)Back

圖14 最大挺胸狀態(tài)的變形效果Fig.14 Deformation effect of the posture adjustable mannequin in maximum straightening chest state.(a)Front;(b)Side;(c)Back

5.1.2 變形范圍及效率

變形范圍表示體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)可模擬的范圍，變形范圍越大，可以覆蓋的特殊體型越廣。變形效率可以通過各模塊從最大駝背程度調(diào)整為最大挺胸程度的變形時(shí)間來衡量，時(shí)間越短，效率越高。經(jīng)過測(cè)試，體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)的變形范圍及變形時(shí)長(zhǎng)結(jié)果如表2所示，體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)與人體的關(guān)鍵指標(biāo)的變形范圍對(duì)比如表3所示。其中，肩部旋轉(zhuǎn)角度的正負(fù)為擺動(dòng)方向，正為前擺，負(fù)為后擺，胸部和背部平移距離的正負(fù)為移動(dòng)方向，正為外凸，負(fù)為內(nèi)收。

表2 體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)變形范圍及變形時(shí)長(zhǎng)Tab.2 Deformation range and time of the posture adjustable mannequin

表3 人臺(tái)與人體的變形范圍對(duì)比表Tab.3 Comparison table of the deformation range of the mannequin and the human size

在面板的實(shí)際運(yùn)動(dòng)過程中，胸部面板以及背部面板向人臺(tái)內(nèi)部推進(jìn)時(shí)需要考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)的平臺(tái)對(duì)面板運(yùn)動(dòng)的阻礙，且向外移動(dòng)時(shí)齒條需要與齒輪始終嚙合、不能脫離齒輪，肩部擺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)也會(huì)受到機(jī)械結(jié)構(gòu)的影響。由表2可知，各運(yùn)動(dòng)模塊變形范圍較廣，并且變形迅速，能夠滿足體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)的工作需要。由表3可知，體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)的肩開角、胸凸量以及背凸量的變化范圍均覆蓋了前期研究所得的人體尺寸變化范圍，說明該體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)的尺寸變形范圍較廣，滿足體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)的尺寸變化需求。

5.1.3 變形精度

變形精度對(duì)仿真結(jié)果有直接影響，可以通過設(shè)定值與測(cè)量值的差距評(píng)價(jià)體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)的變形精度。將體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)按照胸部齒條平移距離、背部齒條平移距離、肩部擺桿旋轉(zhuǎn)角度的設(shè)定值進(jìn)行調(diào)整，測(cè)量體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)各個(gè)活動(dòng)面板的實(shí)際移動(dòng)值，二者的數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果如表4所示。

表4 體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)的變形精度Tab.4 Deformation precision of the posture adjustable mannequin

由表4可知，肩部擺桿旋轉(zhuǎn)角度的平均誤差為2.6°，胸部齒條平移距離的平均誤差為0.4mm，背部齒條平移距離的平均誤差為0.8mm，人臺(tái)調(diào)整過程中出現(xiàn)誤差的主要原因?yàn)槎〞r(shí)器參數(shù)只能精確到0.1 s，但肩部面板、胸部面板和背部面板的變形誤差較小，因此體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)的各個(gè)部位的變形精度符合要求。

5.2 仿真效果

邀請(qǐng)2位體型與標(biāo)準(zhǔn)人臺(tái)相近的男性作為驗(yàn)證對(duì)象，使用三維人體掃描儀采集實(shí)驗(yàn)對(duì)象A和實(shí)驗(yàn)對(duì)象B的人體數(shù)據(jù)，經(jīng)過調(diào)整獲得符合實(shí)驗(yàn)對(duì)象體型的人臺(tái)。將體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)模型、標(biāo)準(zhǔn)人臺(tái)模型分別與人體模型的坐標(biāo)系進(jìn)行對(duì)齊，使用Geomagic Studio軟件獲取各個(gè)模型的肩部截面曲線、胸部截面曲線和背部截面曲線如圖15、16所示，其中，虛線為該實(shí)驗(yàn)對(duì)象的截面曲線，實(shí)線為標(biāo)準(zhǔn)人臺(tái)或者體態(tài)可調(diào)人臺(tái)的截面曲線。

圖15 截面曲線對(duì)比(實(shí)驗(yàn)對(duì)象A)Fig.15 Section curve comparison (the object A).(a) Shoulder curve of standard mannequin and human body;(b) Shoulder curve of the posture adjustable mannequin and human body;(c) Chest curve of standard mannequin and human body;(d) Chest curve of the posture adjustable mannequin and human body;(e) Back curve of standard mannequin and human body;(f) Back curve of the posture adjustable mannequin and human body

圖16 截面曲線對(duì)比(實(shí)驗(yàn)對(duì)象B)Fig.16 Section curve comparison (the object B).(a) Shoulder curve of standard mannequin and human body;(b) Shoulder curve of the posture adjustable mannequin and human body;(c) Chest curve of standard mannequin and human body;(d) Chest curve of the posture adjustable mannequin and human body;(e) Back curve of standard mannequin and human body;(f) Back curve of the posture adjustable mannequin and human body

由圖15可知，在肩部截面曲線中，標(biāo)準(zhǔn)人臺(tái)曲線與人體曲線的前胸處相差12mm，后背處相差8mm，體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)的肩部則有明顯的前傾趨勢(shì)，其曲線在前胸與后背處均與人體曲線重合；在胸部截面曲線中，標(biāo)準(zhǔn)人臺(tái)曲線與人體曲線的前胸處相差24mm，后背處相差16mm，體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)則縮小了人臺(tái)面板在前胸和后背處的尺寸差距，其曲線在前胸處均與人體曲線重合；在背部截面曲線中，標(biāo)準(zhǔn)人臺(tái)曲線與人體曲線的前胸處相差22mm，肩胛骨處相差6mm，體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)曲線在前胸處與肩胛骨處均與人體曲線重合。同樣地，由圖16數(shù)據(jù)可知，體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)的肩部、胸部、背部的截面曲線與實(shí)際人體之間的差距也比標(biāo)準(zhǔn)人臺(tái)小。綜上所述，與標(biāo)準(zhǔn)人臺(tái)相比，體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)截面曲線與人體曲線的重合度更好。

6 結(jié)束語

人臺(tái)在服裝版型設(shè)計(jì)和制作中具有關(guān)鍵作用，可調(diào)節(jié)人臺(tái)是人臺(tái)未來發(fā)展的重要方向。本文基于服裝人臺(tái)的研究現(xiàn)狀，提出并制作了一種體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)。在對(duì)人體挺胸、駝背體態(tài)變化規(guī)律分析總結(jié)后，將人臺(tái)分解為頸部、前胸、后背、左右肩和腰腹部6個(gè)模塊，采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置分別控制前胸、后背和雙肩的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了人臺(tái)對(duì)挺胸和駝背特殊體態(tài)的模擬。

經(jīng)測(cè)試，該可調(diào)節(jié)人臺(tái)具有良好的仿真精度，為體態(tài)可調(diào)節(jié)人臺(tái)的設(shè)計(jì)和制作提供了參考。